特開 2024-101395 吸着器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101395

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】吸着器

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20240722BHJP

【ＦＩ】

B01D53/04 110

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005357

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北永 裕章

(72)【発明者】

【氏名】本田 義彦

【テーマコード（参考）】

4D012

【Ｆターム（参考）】

4D012BA01

4D012BA02

4D012BA03

4D012CA07

4D012CB11

4D012CE03

4D012CF02

4D012CF10

4D012CH01

(57)【要約】

【課題】吸着器の吸着能力を想定の吸着能力に近付けることができる技術を提供する。
【解決手段】吸着器は、吸着材を収容する円筒状の収容部を備え、収容部を通過するガスに含まれる成分を吸着材で吸着する。収容部の直径がＤ、収容部の長さがＬ、収容部を通過するガスについての空間速度がＳＶである場合に、ＳＶ×Ｄ／Ｌが１８００以下であってもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着材を収容する円筒状の収容部を備え、
前記収容部を通過するガスに含まれる成分を前記吸着材で吸着する吸着器であって、
前記収容部の直径がＤ、前記収容部の長さがＬ、前記収容部を通過するガスについての空間速度がＳＶである場合に、ＳＶ×Ｄ／Ｌが１８００以下である、吸着器。

【請求項2】

請求項１に記載の吸着器であって、
前記吸着材は、前記収容部を通過するガスに含まれるアンモニアを吸着する、吸着器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の吸着器であって、
前記吸着材は、ゼオライトを含む、吸着器。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の吸着器であって、
前記吸着材は、１～５ｗ％のバインダーを含む、吸着器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、ガスに含まれる成分を吸着材で吸着する吸着器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガスに含まれる成分を吸着材で吸着する吸着器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１４７１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスに含まれる成分を吸着材で吸着する吸着器には、様々な体格の吸着器が存在する。例えば、直径が大きい吸着器、長さが長い吸着器等が存在する。また、処理対象のガスの流速も様々である。これにより、吸着器の吸着能力にバラツキが生じ、目的とする吸着能力を有する吸着器を得ることが難しくなっている。本明細書は、吸着器の吸着能力を想定の吸着能力に近付けることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本技術の第１の態様では、吸着器が、吸着材を収容する円筒状の収容部を備え、前記収容部を通過するガスに含まれる成分を前記吸着材で吸着する。前記収容部の直径がＤ、前記収容部の長さがＬ、前記収容部を通過するガスについての空間速度がＳＶである場合に、ＳＶ×Ｄ／Ｌが１８００以下であってもよい。

【0006】

この構成によれば、吸着器の収容部の直径がＤであり長さがＬである場合に、その収容部に収容される吸着材の量から算出される吸着材の計算上の最大吸着量を第１吸着量とし、実際にガスが収容部を通過する場合に、収容部に収容されている吸着材がガスに含まれる成分を吸着する際の実際の吸着量を第２吸着量とする場合に、第１吸着量に対する第２吸着量の比率を９０％以上にすることができる。即ち、想定の第１吸着量に対する実際の第２吸着量の比率を９０％以上にすることができる。よって、吸着器の吸着能力を想定の吸着能力に近付けることができる。そのため、複数の吸着器を作製する場合に、複数の吸着器の間で収容部の直径Ｄと収容部の長さＬにバラツキがある場合であっても、ＳＶ×Ｄ／Ｌを１８００以下にすることにより、複数の吸着器の間での吸着能力のバラツキを抑制することができる。

【0007】

第２の態様では、上記第１の態様において、前記吸着材は、前記収容部を通過するガスに含まれるアンモニアを吸着してもよい。この構成によれば、吸着材の吸着効率を向上させることができる。

【0008】

第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、前記吸着材は、ゼオライトを含んでもよい。この構成によれば、吸着材の吸着効率を向上させることができる。

【0009】

第４の態様では、上記第１から第３の態様のいずれかにおいて、前記吸着材は、１～５ｗ％のバインダーを含んでもよい。この構成によれば、吸着材の吸着効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例の発電システムの概略構成を示す図。

【図2】実施例の吸着器の断面図。

【図3】試験例の結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施例の発電システム４及び吸着器２について図面を参照して説明する。図１に示すように、実施例の発電システム４は、タンク５０と、気化器５２と、改質器５４と、吸着器２と、燃料電池５６とを備えている。

【0012】

タンク５０は、液体アンモニアを貯留している。タンク５０には、第１通路６０の上流端が接続されている。第１通路６０の下流端は気化器５２に接続されている。第１通路６０は、タンク５０から気化器５２へ液体アンモニアを供給する。第１通路６０にはポンプ（不図示）が設けられていてもよい。

【0013】

気化器５２は、液体アンモニアを加熱する加熱装置（不図示）を備えている。気化器５２では、液体アンモニアが蒸発し、気化する。これにより気体アンモニアが生成される。気化器５２には、第２通路６２の上流端が接続されている。第２通路６２の下流端は改質器５４に接続されている。第２通路６２は、気化器５２から改質器５４へ気体アンモニアを供給する。

【0014】

改質器５４は、例えば水蒸気改質により、気体アンモニアを改質する。改質器５４は、気体アンモニアを改質することにより、水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）の混合ガスを生成する。水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）の混合ガスは、未分解の気体アンモニア（ＮＨ_３）を含んでいる。改質器５４には、第３通路６４の上流端が接続されている。第３通路６４の下流端は吸着器２に接続されている。第３通路６４は、改質器５４から吸着器２へ水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）と気体アンモニア（ＮＨ_３）の混合ガスを供給する。吸着器２に供給される混合ガスにおける気体アンモニア（ＮＨ_３）の比率は、約１０００ｐｐｍ±３０ｐｐｍであり、水素（Ｈ_２）の比率は、約２５ｗ％±１ｗ％であり、窒素（Ｎ_２）の比率は、約７４．９ｗ％±１ｗ％である。

【0015】

次に、吸着器２について説明する。図２に示すように、吸着器２は、容器１０と、容器１０の内部に配置されている吸着材３０とを備えている。容器１０の底部には第３通路６４が接続されており、第３通路６４を通じて容器１０の内部に混合ガス（水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）と気体アンモニア（ＮＨ_３）の混合ガス）が導入される。この混合ガスは、容器１０の内部を流れる過程で吸着材３０を通過する。容器１０の頂部には第４通路６６が接続されている。容器１０の内部を通過した混合ガスが第４通路６６に流出する。

【0016】

容器１０は、例えば金属製であり、概して円筒状に構成されている。容器１０は、その軸方向が鉛直方向を向くように配置されている。容器１０の長手方向が上下方向に延びている。容器１０の内部には、支持部材１２と、押圧部材１４と、一対の挟持部材１６（１６ａ、１６ｂ）と、一対のフィルタ１８（１８ａ、１８ｂ）と、吸着材３０が配置されている。

【0017】

支持部材１２は、例えば金属製であり、概して円筒状に構成されている。支持部材１２は、容器１０内の下部に配置されている。支持部材１２は、下側挟持部材１６ｂを支持している。

【0018】

押圧部材１４は、上下方向に伸縮するコイルバネから構成されている。押圧部材１４は、容器１０内の上部に配置されている。押圧部材１４は、上側挟持部材１６ａを下方へ押圧している。

【0019】

挟持部材１６（上側挟持部材１６ａ及び下側挟持部材１６ｂ）は、例えば金属製であり、概して円板状に構成されている。一対の挟持部材１６ａ、１６ｂは、一対のフィルタ１８ａ、１８ｂと吸着材３０を挟持している。一対の挟持部材１６ａ、１６ｂの間に一対のフィルタ１８ａ、１８ｂと吸着材３０が配置されている。各挟持部材１６ａ、１６ｂには、混合ガスが通過する複数の貫通孔２６が設けられている。

【0020】

フィルタ１８（上側フィルタ１８ａ及び下側フィルタ１８ｂ）は、例えばセラミックウールから構成されている。フィルタ１８は、容器１０の内部を流れる混合ガスに含まれる塵埃を捕集する。一対のフィルタ１８ａ、１８ｂは、吸着材３０を挟持している。一対のフィルタ１８ａ、１８ｂの間に吸着材３０が配置されている。一対のフィルタ１８ａ、１８ｂの間には、吸着材３０を収容する収容部２０が形成されている。

【0021】

収容部２０は、円筒状に構成されている。吸着材３０は、収容部２０を通過する混合ガスに含まれるアンモニアを吸着することにより混合ガスからアンモニアを分離除去する。吸着材３０は、例えば、ゼオライトとバインダーを含んでいる。ゼオライトがバインダーにより結合されている。ゼオライトの種類は特に限定されないが、例えば、合成ゼオライト、天然ゼオライト、人工ゼオライトが挙げられる。バインダーの種類は特に限定されないが、例えば、無機高分子からなるバインダーが挙げられる。吸着材３０は、例えば、１～５ｗ％のバインダーを含んでいる。変形例では、吸着材３０は、活性炭を含んでもよい。

【0022】

上記の吸着器２では、収容部２０の直径がＤ（ｍ）であり、収容部２０の長さがＬ（ｍ）であり、収容部２０を通過する混合ガスについての空間速度がＳＶ（１／ｈ）である場合に、ＳＶ×Ｄ／Ｌが、０以上、１８００以下である。空間速度ＳＶは、収容部２０を通過する混合ガスの流速がＸ（Ｌ／ｈ）であり、収容部２０の容積がＹ（Ｌ）である場合に、Ｘ／Ｙ（１／ｈ）で表される。

【0023】

図１に示すように、吸着器２の頂部には第４通路６６の上流端が接続されている。第４通路６６の下流端は燃料電池５６に接続されている。第４通路６６は、吸着器２から燃料電池５６へ水素を供給する。第４通路６６は、吸着器２でアンモニアが吸着された後の残存する水素を燃料電池５６へ供給する。なお、窒素も併せて燃料電池５６へ供給される。

【0024】

燃料電池５６は、複数の電池セルを備えており、水素と酸素を用いて発電する。燃料電池５６には、第５通路６８の下流端が接続されている。第５通路６８の上流端は大気に開放されている。第５通路６８は、大気中の酸素を含む空気を燃料電池５６へ供給する。燃料電池５６は、第４通路６６を通じて供給される水素と、第５通路６８を通じて供給される酸素を用いて発電する。

【0025】

（効果）
以上、実施例の発電システム４及び吸着器２について説明した。以上の説明から明らかなように、実施例の吸着器２は、収容部２０の直径がＤ、収容部２０の長さがＬ、収容部２０を通過するガスについての空間速度がＳＶである場合に、ＳＶ×Ｄ／Ｌが１８００以下である。この構成によれば、吸着器２の吸着能力を想定の吸着能力に近付けることができる。

【0026】

吸着材３０は、ゼオライトを含むと共に、１～５ｗ％のバインダーを含んでいる。この構成によれば、吸着材３０の吸着効率を向上させることができる。

【0027】

（試験例）
試験例では、吸着器２におけるＳＶ×Ｄ／Ｌの値を様々な値に変更して吸着材３０の利用率を調べた。利用率は、吸着器２の収容部２０の直径がＤであり長さがＬである場合に、その収容部２０に収容される吸着材３０の量から算出される吸着材３０の計算上の最大吸着量を第１吸着量Ａ１とし、実際に混合ガスが収容部２０を通過する場合に、収容部２０に収容されている吸着材３０が混合ガスに含まれるアンモニアを吸着する際の実際の吸着量を第２吸着量Ａ２とする場合に、第１吸着量Ａ１に対する第２吸着量Ａ２の比率（＝Ａ２／Ａ１）で表される。

【0028】

第１吸着量Ａ１は、例えば、収容部２０を通過する混合ガスに含まれるアンモニアの分圧から求められる吸着材３０の単位体積当たりの吸着量をＥとし、収容部２０に収容されている吸着材３０の量をＦとする場合、Ｅ×Ｆで表される。

【0029】

第２吸着量Ａ２は、例えば、収容部２０に流入する前の混合ガスに含まれるアンモニアの量Ｇ１と、収容部２０から流出した後の混合ガスに含まれるアンモニアの量Ｇ２との差（Ｇ２－Ｇ１）で表される。

【0030】

図３は、試験例の結果を示すグラフである。図３に示すように、試験例の吸着器２では、ＳＶ×Ｄ／Ｌが１８００以下である場合に、利用率が９０％以上になることが確認された。即ち、実際の第２吸着量Ａ２が想定の第１吸着量Ａ１に近付くことが確認された。よって、上記の構成によれば、吸着器２の実際の吸着能力を想定の吸着能力に近付けることができる。そのため、複数の吸着器２を作製する場合に、複数の吸着器２の間で収容部２０の直径Ｄと収容部２０の長さＬにバラツキがある場合であっても、ＳＶ×Ｄ／Ｌを１８００以下にすることにより、複数の吸着器２の間での吸着能力のバラツキを抑制することができる。

【0031】

（変形例）
上記の実施例では、吸着材３０がアンモニアを吸着する構成について説明したが、この構成に限定されない。変形例では、吸着材３０が、収容部２０を通過するガスに含まれる成分であってアンモニア以外の成分を吸着する構成であってもよい。

【0032】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0033】

２：吸着器、４：発電システム、１０：容器、１２：支持部材、１４：押圧部材、１６：挟持部材、１８：フィルタ、２０：収容部、２６：貫通孔、３０：吸着材、５０：タンク、５２：気化器、５４：改質器、５６：燃料電池

【図1】

【図2】

【図3】